Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan
Dinamika Teknik Mesin, Volume 2 No.2 Juli 2012
ISSN: 2088-088X
Zainudin, Adi Sayoga, Nuarsa: Analisa Pengaruh Variasi Sudut
Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan
Terhadap Head Losses Aliran Pipa
Zainudin*, I Made Adi Sayoga*, I Made Nuarsa*
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mataram
Jalan Majapahit No.62 Mataram
Abstract
On the water distribution, the connection of pipe bends is typically obtained either in
industry or in housing. On the water distribution, it is often gained the lost of energy or head
losses. The amount of head losses occurring in the connection of branch pipe is influenced by
several factors, such as: diameter, flow, viscosity, and the angle at the bend pipe connections.
This study aimed to determine the effect of variation of the connection point of the bend
pipe to the head losses and pressure drop. To do it, the researcher uses an experimental
method as a tool by varying the bend angle is 30o, 45o, 60o, and 90o.
The result shows that head losses and the small pressure drop occur in the bend angle
30o is 73, 23 mm and 907.606 N/m2. While the head losses and pressure drop is the greatest at
an angle of 90o, is 74, 80 mm and 1278,899 N/m2.
Keywords: the connection of pipe bends, head losses, pressure drop.
Kualitas pipa dan fitting kecuali di
tentukan berdasarkan kualitas fisik berupa
tampilan warna, dimensi, sistim koneksi (ulir
atau flange) dan lain sebagainya ditentukan
pula oleh head losses apabila dialiri fluida.
Semakin besar head losses semakin
berkurang kualitas pipa dan fitting tersebut.
Kualitas fisik dapat mudah dikenali oleh
konsumen, namun head losses harus
dilakukan
penelitian
laboratoris
(Edi
Suhariono: 2008).
Pada pendistribusian air sambungan
belokan pipa sangat banyak ditemukan baik di
industri ataupun di perumahan. Dilihat dari
jenis belokannya terdapat dua jenis belokan
dalam sambungan pipa, yaitu sambungan
belokan patah dan sambungan belokan yang
berjari-jari. Dari kedua jenis belokan tersebut
yang sering dan paling banyak ditemukan
adalah sambungan belokan berjari-jari.
Besarnya
head
losses
pada
sambungan
belokan
pipa
tersebut
dipengaruhi oleh beberapa factor, seperti:
diameter, debit, viskositas, dan sudut pada
sambungan belokan pipa tersebut.
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Setiap hari kita semua selalu
berhubungan dengan fluida hampir tanpa
sadar. Banyak gejala alam yang indah dan
menakjubkan, seperti bukit-bukit dan ngaraingarai yang dalam, terjadi akibat gaya-gaya
yang ditimbulkan oleh aliran fluida. Semua
fluida mempunyai atau menunjukkan sifatsifat atau karateristik yang penting dalam
dunia rekayasa.
Penerapan pinsip-prinsip mekanika
fluida dapat dijumpai pada bidang industri,
transportasi maupun bidang keteknikan
lainnya. Namun dalam penggunaannya selalu
terjadi kerugian energi. Dengan mengetahui
kerugian energi pada suatu sistem yang
memanfaatkan fluida mengalir sebagai media,
akan
menentukan
tingkat
efisiensi
penggunaan energi.
Bentuk-bentuk kerugian energi pada
aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran
dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut
diakibatkan oleh adanya gesekan dengan
dinding,
perubahan
luas
penampang,
sambungan, katup-katup, belokan pipa,
percabangan pipa dan kerugian-kerugian
khusus
lainnya.
Dengan
mengetahui
kehilangan atau kerugian energi dalam suatu
sistem atau instalasi perpipaan yang
memanfaatkan fluida mengalir sebagai media,
efisiensi
penggunaan
energi
dapat
ditingkatkan sehingga diperoleh keuntungan
yang maksimal. Salah satu bagian dari
instalasi perpipaan yang dapat menyebabkan
kerugian-kerugian adalah gesekan pada
dinding pipa dan sambungan belokan pipa.
1.2 Tujuan Penelitian
Adpun tujuan yang ingin dicapai
dalam penelitian ini adalah:
1. Mengetahui besarnya head losses
terhadap
perubahan
sudut
sambungan belokan pipa.
2. Mengetahui
perbedaan
tekanan
(pressure drop) dalam pipa pada tiap
perubahan sudut sambungan belokan
pipa.
75
Dinamika Teknik Mesin, Volume 2 No.2 Juli 2012
ISSN: 2088-088X
Zainudin, Adi Sayoga, Nuarsa: Analisa Pengaruh Variasi Sudut
Untuk menganalisis kedua jenis aliran
ini diberikan parameter tak berdimensi yang
dikenal dengan nama bilangan Reynolds
(White. 1986) sebagai berikut :
vD
(1)
Re
υ
Dengan: Re = bilangan Reynolds
v = kecepatan fluida (m/s)
D = diameter pipa (m)
υ = viskositas kinematika fluida
(m2/s)
2. Teori
2.1 Definisi Tentang Fluida
Menurut Raswari (1986), fluida
merupakan suatu zat/bahan yang dalam
keadaan setimbang tak dapat menahan gaya
atau tegangan geser (shear force). Dapat pula
didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir
bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi.
Suatu sifat dasar fluida nyata, yaitu tahanan
terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan
geser yang terjadi pada bidang geser yang
dikenai tegangan tersebut adalah viskositas
atau kekentalan/kerapatan zat fluida tersebut.
Fluida dapat didefinisikan sebagai
suatu
zat
mampu
alir
dan
dapat
menyesuaikan bentuk dengan bentuk wadah
yang ditempatinya, serta apabila diberikan
tegangan geser, betapapun kecilnya akan
menyebabkan fluida tersebut bergerak dan
berubah bentuk secara terus-menerus selama
tegangan tersebut bekerja (White, 1986).
Dengan pengertian diatas maka fluida
dapat dibedakan atas zat cair dan gas.
Dimana kedua zat ini pun berbeda secara
teknis akibat gaya kohesif. Zat cair cenderung
mempertahankan volumenya dan akan
membutuhkan permukaan bebas dalam
medan gravitasi. Aliran muka bebas sangat
dipenuhi efek gravitasi sedangkan zat gas
akan memuai dengan bebas sampai tertahan
oleh dinding yang membatasinya. Gas
tersebut akan membentuk atmosfir yang pada
hakekatnya akan bersifat hidrostatik.
2.3 Persamaan Bernauli
Hukum Bernoulli menjelaskan tentang
konsep dasar aliran fluida (zat cair dan gas)
bahwa peningkatan kecepatan pada suatu
aliran zat cair atau gas, akan mengakibatkan
penurunan tekanan pada zat cair atau gas
tersebut. Artinya, akan terdapat penurunan
energi potensial pada aliran fluida tersebut.
Konsep dasar ini berlaku pada fluida
aliran termampatkan (compressible flow), juga
pada fluida dengan aliran tak-termampatkan
(incompressible-flow).
Hukum
Bernoulli
sebetulnya dapat dikatakan sebagai bentuk
khusus dari konsep dalam mekanika fluida
secara umum, yang dikenal dalam persamaan
Bernoulli. Secara matematis persamaan
bernauli adalah sebagai berikut.
p
γ
v
2g
z
p
γ
v
2g
z
H
(2)
Dimana :
P1.2 = tekanan di penampang 1 dan 2 (N/m2)
v1.2 = kecepatan di penampang 1 dan 2 (m/s2)
z1.2 = tinggi pada permukaan 1 dan 2 (m)
γ . = berat jenis 1 dan 2 (N/m3)
g = gravitasi bumi (9,82 m/s2)
2.2 Aliran Laminar dan Turbulen
Beberapa tahun yang lalu, Osborne
Reynolds
telah
melakukan
beberapa
percobaan untuk menentukan kriteria aliran
laminar dan turbulen. Reynolds menemukan
bahwa aliran selalu menjadi laminar, jika
kecepatan alirannya diturunkan sedemikian
rupa sehingga bilangan Reynolds lebih kecil
dari 2300 (Re < 2300). Begitupula dikatakan
alirannya turbulen, pada saat bilangan
Reynolds lebih besar dari 4000 (Re > 4000).
Dan jika bilangan Reynolds berada diantara
2300 dan 4000 (2300 < Re
ISSN: 2088-088X
Zainudin, Adi Sayoga, Nuarsa: Analisa Pengaruh Variasi Sudut
Analisa Pengaruh Variasi Sudut Sambungan Belokan
Terhadap Head Losses Aliran Pipa
Zainudin*, I Made Adi Sayoga*, I Made Nuarsa*
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mataram
Jalan Majapahit No.62 Mataram
Abstract
On the water distribution, the connection of pipe bends is typically obtained either in
industry or in housing. On the water distribution, it is often gained the lost of energy or head
losses. The amount of head losses occurring in the connection of branch pipe is influenced by
several factors, such as: diameter, flow, viscosity, and the angle at the bend pipe connections.
This study aimed to determine the effect of variation of the connection point of the bend
pipe to the head losses and pressure drop. To do it, the researcher uses an experimental
method as a tool by varying the bend angle is 30o, 45o, 60o, and 90o.
The result shows that head losses and the small pressure drop occur in the bend angle
30o is 73, 23 mm and 907.606 N/m2. While the head losses and pressure drop is the greatest at
an angle of 90o, is 74, 80 mm and 1278,899 N/m2.
Keywords: the connection of pipe bends, head losses, pressure drop.
Kualitas pipa dan fitting kecuali di
tentukan berdasarkan kualitas fisik berupa
tampilan warna, dimensi, sistim koneksi (ulir
atau flange) dan lain sebagainya ditentukan
pula oleh head losses apabila dialiri fluida.
Semakin besar head losses semakin
berkurang kualitas pipa dan fitting tersebut.
Kualitas fisik dapat mudah dikenali oleh
konsumen, namun head losses harus
dilakukan
penelitian
laboratoris
(Edi
Suhariono: 2008).
Pada pendistribusian air sambungan
belokan pipa sangat banyak ditemukan baik di
industri ataupun di perumahan. Dilihat dari
jenis belokannya terdapat dua jenis belokan
dalam sambungan pipa, yaitu sambungan
belokan patah dan sambungan belokan yang
berjari-jari. Dari kedua jenis belokan tersebut
yang sering dan paling banyak ditemukan
adalah sambungan belokan berjari-jari.
Besarnya
head
losses
pada
sambungan
belokan
pipa
tersebut
dipengaruhi oleh beberapa factor, seperti:
diameter, debit, viskositas, dan sudut pada
sambungan belokan pipa tersebut.
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
Setiap hari kita semua selalu
berhubungan dengan fluida hampir tanpa
sadar. Banyak gejala alam yang indah dan
menakjubkan, seperti bukit-bukit dan ngaraingarai yang dalam, terjadi akibat gaya-gaya
yang ditimbulkan oleh aliran fluida. Semua
fluida mempunyai atau menunjukkan sifatsifat atau karateristik yang penting dalam
dunia rekayasa.
Penerapan pinsip-prinsip mekanika
fluida dapat dijumpai pada bidang industri,
transportasi maupun bidang keteknikan
lainnya. Namun dalam penggunaannya selalu
terjadi kerugian energi. Dengan mengetahui
kerugian energi pada suatu sistem yang
memanfaatkan fluida mengalir sebagai media,
akan
menentukan
tingkat
efisiensi
penggunaan energi.
Bentuk-bentuk kerugian energi pada
aliran fluida antara lain dijumpai pada aliran
dalam pipa. Kerugian-kerugian tersebut
diakibatkan oleh adanya gesekan dengan
dinding,
perubahan
luas
penampang,
sambungan, katup-katup, belokan pipa,
percabangan pipa dan kerugian-kerugian
khusus
lainnya.
Dengan
mengetahui
kehilangan atau kerugian energi dalam suatu
sistem atau instalasi perpipaan yang
memanfaatkan fluida mengalir sebagai media,
efisiensi
penggunaan
energi
dapat
ditingkatkan sehingga diperoleh keuntungan
yang maksimal. Salah satu bagian dari
instalasi perpipaan yang dapat menyebabkan
kerugian-kerugian adalah gesekan pada
dinding pipa dan sambungan belokan pipa.
1.2 Tujuan Penelitian
Adpun tujuan yang ingin dicapai
dalam penelitian ini adalah:
1. Mengetahui besarnya head losses
terhadap
perubahan
sudut
sambungan belokan pipa.
2. Mengetahui
perbedaan
tekanan
(pressure drop) dalam pipa pada tiap
perubahan sudut sambungan belokan
pipa.
75
Dinamika Teknik Mesin, Volume 2 No.2 Juli 2012
ISSN: 2088-088X
Zainudin, Adi Sayoga, Nuarsa: Analisa Pengaruh Variasi Sudut
Untuk menganalisis kedua jenis aliran
ini diberikan parameter tak berdimensi yang
dikenal dengan nama bilangan Reynolds
(White. 1986) sebagai berikut :
vD
(1)
Re
υ
Dengan: Re = bilangan Reynolds
v = kecepatan fluida (m/s)
D = diameter pipa (m)
υ = viskositas kinematika fluida
(m2/s)
2. Teori
2.1 Definisi Tentang Fluida
Menurut Raswari (1986), fluida
merupakan suatu zat/bahan yang dalam
keadaan setimbang tak dapat menahan gaya
atau tegangan geser (shear force). Dapat pula
didefinisikan sebagai zat yang dapat mengalir
bila ada perbedaan tekanan dan atau tinggi.
Suatu sifat dasar fluida nyata, yaitu tahanan
terhadap aliran yang diukur sebagai tegangan
geser yang terjadi pada bidang geser yang
dikenai tegangan tersebut adalah viskositas
atau kekentalan/kerapatan zat fluida tersebut.
Fluida dapat didefinisikan sebagai
suatu
zat
mampu
alir
dan
dapat
menyesuaikan bentuk dengan bentuk wadah
yang ditempatinya, serta apabila diberikan
tegangan geser, betapapun kecilnya akan
menyebabkan fluida tersebut bergerak dan
berubah bentuk secara terus-menerus selama
tegangan tersebut bekerja (White, 1986).
Dengan pengertian diatas maka fluida
dapat dibedakan atas zat cair dan gas.
Dimana kedua zat ini pun berbeda secara
teknis akibat gaya kohesif. Zat cair cenderung
mempertahankan volumenya dan akan
membutuhkan permukaan bebas dalam
medan gravitasi. Aliran muka bebas sangat
dipenuhi efek gravitasi sedangkan zat gas
akan memuai dengan bebas sampai tertahan
oleh dinding yang membatasinya. Gas
tersebut akan membentuk atmosfir yang pada
hakekatnya akan bersifat hidrostatik.
2.3 Persamaan Bernauli
Hukum Bernoulli menjelaskan tentang
konsep dasar aliran fluida (zat cair dan gas)
bahwa peningkatan kecepatan pada suatu
aliran zat cair atau gas, akan mengakibatkan
penurunan tekanan pada zat cair atau gas
tersebut. Artinya, akan terdapat penurunan
energi potensial pada aliran fluida tersebut.
Konsep dasar ini berlaku pada fluida
aliran termampatkan (compressible flow), juga
pada fluida dengan aliran tak-termampatkan
(incompressible-flow).
Hukum
Bernoulli
sebetulnya dapat dikatakan sebagai bentuk
khusus dari konsep dalam mekanika fluida
secara umum, yang dikenal dalam persamaan
Bernoulli. Secara matematis persamaan
bernauli adalah sebagai berikut.
p
γ
v
2g
z
p
γ
v
2g
z
H
(2)
Dimana :
P1.2 = tekanan di penampang 1 dan 2 (N/m2)
v1.2 = kecepatan di penampang 1 dan 2 (m/s2)
z1.2 = tinggi pada permukaan 1 dan 2 (m)
γ . = berat jenis 1 dan 2 (N/m3)
g = gravitasi bumi (9,82 m/s2)
2.2 Aliran Laminar dan Turbulen
Beberapa tahun yang lalu, Osborne
Reynolds
telah
melakukan
beberapa
percobaan untuk menentukan kriteria aliran
laminar dan turbulen. Reynolds menemukan
bahwa aliran selalu menjadi laminar, jika
kecepatan alirannya diturunkan sedemikian
rupa sehingga bilangan Reynolds lebih kecil
dari 2300 (Re < 2300). Begitupula dikatakan
alirannya turbulen, pada saat bilangan
Reynolds lebih besar dari 4000 (Re > 4000).
Dan jika bilangan Reynolds berada diantara
2300 dan 4000 (2300 < Re